第十七章 继电器.docx

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第十七章继电器

第十七章继电器

本章主要介绍继电器的最基本知识，以及电力机车上常用（电磁式、机械式）继电器的种类、作用、型号、结构。

工作原理、特点和主要技术参数，并简单地介绍继电器的选用和维修方法。

第一节概述

一、继电器的定义及组成

继电器是一种根据输人量变化来控制输出量跃变的自动电器，可实现控制、保护有关电器设备，是一种应用非常多的电器。

所有继电器，不论其形状，动作原理有何不同，均可认为是由测量机构，比较机构和执行机构等组成，其原理组成方框图如图17—1所示。

图17—1继电器原理组成方框图

输入量可以是电量，如电压、电流、阻抗、功率等，也可以是非电量，如压力、速度、温度等。

输人量可以是一个量，也可以是两个或多个量。

测量机构（亦称环节或部分〕的作用是反应输入量并进行物理量的相应转换。

比如电磁型继电器，测量机构是线圈和铁心构成的磁系统，用来测量输人电量的大小，并在衔铁上将电量的大小转换成相应的电磁吸力。

比较机构的作用是将输入量（或转换量）与其预设的整定值进行比较，根据比较结果决定执行机构是否动作。

如：

电磁继电器的反力弹簧等。

当电磁力大于反力时，衔铁吸合，接点动作；当电磁力小于反力时，衔铁不吸合，接点不动作，没有输出。

一般可以在比较环节上调整（整定）继电器的动作值。

执行机构的作用是根据比较结果决定是否动作，执行机构对有触点电器来说是接点。

对无触点电器来说一般是晶体管的导通和截止。

输出量是根据比较结果来决定有无的。

不管输人是何物理量，输出量往往是电量。

需要说明的是，对于有触点的继电器来说，也可按前面电器基本理论所述，将其分为触头装置和传动装置（一般没有灭弧装置）。

二、继电器的分类

继电器的用途广，种类多，有时对同一种继电器，也常从不同的方面去说明它的特点，仅根据目前电力机车上使用的情况来分：

1.按用途分，有控制用继电器和保护用继电器。

2.按输入的物理量分，有电量和非电量。

如电压、电流继电器。

风压、风速继电器等。

3.按动作原理分，有电磁式、电子式、机械式等。

4.按输人电流性质来分，有直流继电器和交流继电器。

5.按接点情况分，有有触点继电器和无触点继电器。

6.按作用分。

有电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、压力继电器等。

三、继电器的特点

在电力机车上，继电器一般不直接控制主电路（或辅助电路），而是通过其他较大的电器来控制主辅电路。

同接触器等较大的电器相比，继电器一般没有灭弧装置，体积小、重量轻、动作灵敏。

四、继电器的动作原理和继电器特性

继电器的输入量与输出量之间有一特定的关系，这就是继电器最基本的输入——输出特性，亦称继电特性。

继电特性可以通过分析继电器的工作过程来得到。

下面我们分析电磁继电器的工作过程（可参见第四章电磁传动装置的工作原理）。

图17—2为继电器的继电特性，输入量用X来表示，输出量用Y表示。

当输入量从零增加时，在X＜Xdz的过程中，衔铁不吸合，常开接点保持打开，继电器不动作，输出量Y＝0；当X＝Xdz时，衔铁吸合，常开接点闭合，输出量即达到Y＝Y1，继续增加．X到Xe（额定输入量），输出仍保持Y1（常开接点继续闭合）。

当输入量X从Xe减少时，在X＜Xfh过程中，常开接点继续闭合，输出保持Y1不变。

当X＝Xfh时，输入量产生的吸力不足以吸合衔铁，衔铁释放，常开触头打开，继电器返回，输出量Y为零，继续减少输入量X到零，输出均保持在Y为零状态。

图17—2继电特性

可见，继电特性由连续输入、跃变输出的折线组成，只要某装置有该输入——输出特性就能称为继电器。

图中Xdz称为接点动作值，Xfh称为接点的返回值。

一、继电器的基本参数

（一）额定值

指输入量的额定值及输出量的额定值。

如额定电压、电流、额定气压等。

（二）动作值

能使接点闭合的输人物理量中的最小值。

有时也称整定值。

（三）返回值

能使接点打开的输人物理量中的最大值。

需要注意的是衔铁的释放值不一定是继电器的返回值（如常闭接点来说）。

（四）返回系数

继电器的返回值Xfh与动作值Xdz之比，称为返回系数，用Kfh表示，即：

（17—1）

返回系数是继电器的重要参数之一．对继电器来说一般Kfh＜l，Kfh越接近于1，继电器动作越灵敏，但抗干扰能力就差，所以返回系数也不完全是越高越好，对控制继电器来说，返回系数要求不高，对保护继电器要求有较高的返回系数。

（五）动作值的调整

继电器的动作值（或返回值）的调整，也称继电器参数的整定。

对电磁继电器的整定，可通过改变反力弹簧和工作气隙来实现。

对电子继电器来说，可改变比较环节的电位器的阻值等来实现。

六、继电器在电路中的表示方法

继电器和接触器的符号表示方法，在电路图中一般都有说明，同一电器的输入（如线圈）和输出（如接点）往往不画在一起，但代号是相同的。

以表示控制和被控制的关系。

不同车型的代号编制方法是不同的。

另外国产车和进口车的常开、常闭接点的表示方法也相反。

国产电力机车的电器接点表示方法为“上开下闭，左开右闭”。

第二节电磁继电器

电磁继电器具有工作可靠，结构简单及易于制造等优点，所以在电力机车上被大量采用。

电磁继电器又分为直流和交流两种。

为了与接触器对比认识，并利用电器学的基本理论，在以后介绍有关有触点继电器的组成时，我们有时还按传动装置和触头（接点）装置两部分来认识有关继电器。

一、直流继电器

（一）JZ15－442型中间继电器

1.型号

SS型电力机车上装有JZ15－44Z型中间继电器。

其中；J一继电器；Z一中间；15一设计序号；44—4常开、4常闭接点数；Z一直流控制。

2.作用

该型继电器用在直流控制电路中，用来控制各种控制电器的电磁线圈，以使信号放大或用一个信号控制几个电器。

3.组成

如图17—3所示，主要由传动装置和触头（接点）装置组成。

图17—3JZ15继电器结构

1—线圈；2—磁；3—铁心；4—衔铁；5—按钮；6—触头组；7—防尘罩；8—反力弹簧；9—支座。

传动装置：

由直流螺管式电磁铁构成。

铁心和线圈布置在继电器中央，为了获得较平坦的吸力特性和足够的开距，铁心采用锥形衔铁，继电器的反力特性依靠动触头支架上的一对拉伸弹簧调节，衔铁上还有手动按钮，以供检查及故障操作之用。

触头装置：

接点（联锁触头）为8对桥式，可根据需要任意组合成2开6闭，4开4闭，6开2闭的方式，但必须注意两个触头盒中的常开常闭接点数应对称布置。

为了防尘和便于观察接点，继电器带有透明的防尘罩。

该型继电器的接点容量为10A，为了既实现体积小，结构紧凑，又保证大电流分断能力，静接点下采用永磁钢，以使电弧拉长熄灭。

该型继电器的参数见表17—l。

该型继电器还用在功率因数补偿装置（PFC）中，用来控制并联电阻，使电容尽快放电，结构要求有些不同，也称为放电接触器，型号为JD15D－22ZF型。

（二）JT3－21／5型时间继电器

1.型号

JT3－21／5型时间继电器。

其中：

J—继电器；T一通用；3一设计序号在；21一2开1闭接点数目，5一表示动作值（s）（延时时间）。

图17—4JT3系列时间继电器结构简图

1—底座；2—阻尼套筒；3—铁心；4—反力弹簧；5—反力调节螺母；

6—衔铁；7—非磁性垫片；8—触头组；9—极靴；10—线圈。

2.作用

该型继电器作为直流控制电路中的延时控制环节。

有3个时间等级：

1s（0.3～0.9s），3s（0.8～3s），5s（2.5～5s）。

3.组成

如图17－4所示。

该型继电器的铁心和磁轭采用圆柱整体电工钢，使铁心与磁轭成为一体，再用铝基座浇铸而成，从而减小了装配气隙，降低磁阻，有利于提高继电器的灵敏度，极靴为一圆环，套在铁心端部，衔铁制成板状，装在磁轭端部，可绕棱角转动，继电器在不通电释放状态情况下，借助于反力弹簧的作用使衔铁打开，铁心上套有线圈，而在磁轭上套装有阻尼铜套（或阻尼铝套）起延时作用。

在衔铁内侧与铁心相接触处，装有一非磁性垫片，可减少伤铁释放时剩磁的影响。

继电器的联锁触头装置装在前侧，衔铁支件与联锁触头支架联接，衔铁的动作即带动联锁触头支架上下动作，使联锁触头相应的开或阅。

触头采用标准的CI－1型组件。

4．动作原理（延时原理）

当继电器的线圈通电时，在磁路中产生磁通。

当磁通增加到能使衔铁吸动的数值时，衔铁开始动作，随着衔铁与铁心之间气隙的减小，磁通也增加。

当衔铁与铁心吸合以后，磁通最大（此时的磁通大于将衔铁吸住时所需的磁通）。

在线圈通电时，因为磁通的增长和衔铁的动作时间很短，所以联锁触头；的动作几乎是瞬时的。

当线圈断电时，电流将瞬时下降为零，

相应于电流的主磁通亦迅速减小；但因其变化率很大，根据楞次定律，在阻尼铜套（或阻尼铝套）内部将产生感应电势，并流过感应电流，此电流产生与原主磁通相同方向的磁通以阻止主磁通下降，这样就使磁路中的主磁通缓慢地衰减，直到磁通衰减到不能吸住衔铁时，衔铁才释放，接点才相应地打开（或闭合），这样就得到了所需的延时。

延时时间的长短与阻尼铜套（或阻尼铝套）的电阻有关，电阻愈小，延时愈长，该型继电器的延时调整方法有两种，一种是更换不同厚度的非磁性垫片，亦即改变衔铁闭合后的工作气隙，增加垫片厚度可减少延时，反之将增加延时。

非磁性垫片一般由磷钢片制成，厚度为0.lmm，0.2mm，0.3mm，这种延时调节为阶梯形，用于粗调。

另一种是改变反力弹簧的松紧程度，反力弹簧愈紧，延时愈短，反之延时愈长。

但反力弹簧不能调得太松，否则有被剩磁粘住不释放的危险。

这种方法可以平滑连续调节，用于延时的细调。

JT3型时间继电器的主要参数见表17—l。

表17—l电磁继电器的主要参数

（三）TJZ－18／20型接地继电器

1.型号

TJJZ－18／20型接地继电器，其中T—铁路；JJ—接地继电器；2—设计序号；18一动作值（18V）；20—2开0闭接点数目。

2.作用

该继电器用作直流主电路接地保护。

图17—5TJJ2系列接地继电器结构简图

1—接线端子；2—底版；3—主触头；4—恢复线圈；5—联锁触头；6—指示器；7—钩子；8—扭簧；

9—外罩；10—衔铁；11—反力弹簧；12—支座；13—非磁性垫片；14—吸引线圈；15—铁心。

3.组成

如图17—5所示，主要由传动装置、触头装置、指示装置和机械联锁等组成。

传动装置：

由拍合式电磁铁构成，带有吸引线圈。

触头装置：

有两对主触头和一对联锁触头，均为桥式双断点，主触头由衔铁控制，联锁触头由指示杆带动。

指示装置：

带有恢复线圈，螺管式电磁铁和指示杆。

机械联锁：

由钩子和扭簧组成。

4.工作原理

正常工作时，接地继电器的控制线圈无电流，衔铁处于释放位置，指示杆被钩子勾住，接地继电器的联锁触头处于常开位置。

当机车主电路发生接地故障时，控制电磁铁吸合动作带动触头切换有关电路，使主断路器跳闸切断机车总电源，保护了主电路。

与此同时，衔铁与钩子的尾部相接触，迫使钩子克服扭簧的作用力，而使其顺时针旋转，使得钩子不再钩住指示杆并在弹簧的作用下跳出罩外，显示机械信号，联锁触头也随之闭合，司机台上信号显示屏中显示主接地信号。

当故障消失时，衔铁在反力弹簧的作用下恢复复位，但指示杆发出的机械信号仍保持。

如需继续投人运行，则按“主断路器合”按钮，使恢复线圈短时得电，将指示杆吸人罩内，指示杆重新被钩子勾住，联锁触头也随之断开，于是接地继电器发出的机械信号和电信号一起消失。

5．参数

该继电器的主要技术参数见表17—1。

（四）过载继电器

1.在SS1型电力机车上曾采用过对TJL1型过载继电器，包括牵引过载（过流）和制动过载（过流）继电器。

用于牵引电动机的牵引过流保护和制动过流保护。

该继电器与接地继电器属同一系列，但它自己不带吸引线圈，牵引过流继电器的吸引线圈就是穿过铁心窗口的一根母线（1匝），制动过流继电器的吸引线圈为便于调整返回系数，选用2匝。

2.SS1型、SS3型、SS3B型、SS4（1～158＃）型等电力机车也采用过TJJ2型接地继电器，用作牵引电动机的过载保护，它是通过电流传感器接人牵引电机

回路，但动作值不同。

3.现在SS3B，SS4改型和SS8型电力机车上，牵引电机的过载保护采用直流传感器采样送至电子柜或微机柜，通过中间继电器来断开主断路器或控制相应电路的电空接触器来切除故障电机。

二、交流继电器

（一）型号

JL1420J型。

其中；J—继电器；L—电流；14—设计序号；20—2常开、0常闭触头数；J—交流控制。

（二）作用

该型号交流继电器是作为主电路原边过流保护和辅助电路过流保护之用。

主电路原边过流保护采用JL1420J／5型交流继电器，辅助电路过流保护采用JL14－20J／1200型交流继电器。

其动作电流分别是5A和1200A。

（三）组成

如图17—6所示，

图17—6JL14系列继电器结构简图

1—磁；2—反力弹簧；3—衔铁；4—非磁性垫片；5—极靴；6—触头组；7—铁心；8—线圈。

JL14系列继电器磁系统是由呈角板形的磁轭、固定在磁轭上的圆形铁心、平板形衔铁所组成，如图17—6所示。

衔铁绕磁轭棱角支点转动而成拍合式动作。

磁系统上部衔铁一端装有反作用弹簧，继电器不通电时，借助于反作用弹簧的反力使衔铁打开。

同样也利用改变反作用弹簧的压力大小来调节继电器动作电流整定值。

在磁系统下部装有触头组，与衔铁支件联接，并由衔铁带动触头开闭。

在铁心端的衔铁上装有非磁性垫片，利用调整非磁性垫片的厚薄来调节继电器的释放电流值，即调整返回系数。

另外，JL14－20J／5型交流继电器自带线圈，JL14－20J／1200型交流继电器不带专门线圈，而是一根母线。

JL14系列继电器的主要技术参数见表17—1。

第三节机械式继电器

在SS系列电力机车上使用的机械式继电器有风道（风速）继电器、风压继电器、油流继电器。

一、风道（风速）继电器

风道继电器包括TJV1－7／10型风速继电器和TJY5（TJY5A）型风道继电器，分述如下。

（一）TJV1－7／10型风速继电器

1.型号

TJV1－7／10型继电器。

其中：

T铁路；J一继电器；V一速度；1一设计序号；7一动作值（m／s）；1、0一常开常闻联锁触头数。

图17—7TJV1-7/10型风速继电器结构简图

1—底座；2—微动开关；3—挡块；4—风叶；5—转轴；6—盖；7—反力弹簧；8—传动元件；

9—传动块；10—扭簧；11—拨杆；12—滚轮；13—弹性传动件；14—微动开关按钮。

2.作用

该型继电器装在各通风系统的风道里，用来反映通风系统的工作状态是否正常，以确保通风系统有一定的风量，保护发热设备。

3.组成

主要由测量、比较、执行3个环节组成，如图17—7所示。

测量环节由风叶组成，用以感测风速。

比较环节由扭簧和反力弹簧等组成，以决定继电器是否有输出（动作）。

执行环节由LW-11型微动开关来担任。

在风叶轴上铆有传动块，并套有轴套，在套上套有扭簧，通过扭簧和传动块将叶片上的力矩传到传动组件。

传动组件由传动扳，滚轮和弹性传动件组成。

传动块固定在轴套上，通过传动板上的拨杆、传动块又与扭簧相连，弹性传动件上端套在动开关的支架上，下端装有滚轮，通过滚轮与传动板接触。

4.动作原理

当叶片在风压力作用下转动时，传动块随着转动，传动块通过扭簧拨动传动组件，克服反力弹簧的作用，压迫微动开关动作，使其常开触头闭合，接通相应的控制电路正常工作。

当通风系统发生故障无风量或风量很小时，风叶片在扭簧和反力弹簧的作用下恢复到原位，使继电器返回，微动开关释放，其常开触头打开，从而切断相应的控制电路。

继电器的动作值（风速）靠调节反力弹簧来整定，其返回值约为6m／s。

5．参数

TJV1－7／10型风速继电器主要技术参数

触头额定电压…………………………………………………DCll0V

触头额定电流…………………………………………………3A

触头数量………………………………………………………1常开

风速整定值…………………………………………………6.3～7.7m／s

（二）风道继电器

1.型号

TJY5-0.3／10型，TJY5A-0.3／10型

其含义:

T一铁路机车用；J一继电器；Y一压力型；5、5A设计序号；0.3一动作整定风压值（kPa）；1—1个常开触头；0—0个常闭触头。

2.作用

在SS8型和SS4改型电力机车上，安装在牵引电机，硅整流装置柜和制动电阻柜的通风系统风道中，用来反映通风系统的工作状态，保护发热设备。

3.组成

新型风道继电器外形为圆丘型铸铝合金壳体，电器各部件封闭其内。

可分为触头装置和传动装置。

亦可分为测量环节、比较环节、执行环节。

测量机构：

是膜片。

为一很薄的尼龙编织制品，上下铆以膜式铝片，用来感受风压，并带动动触头。

比较机构：

为反力弹簧。

执行机构：

为铝合金壳内的动、静触头，如图17—8所示。

图17—8TJY5-0.3/10型风道继电器

1—导线；2—出线座；3—盖；4—接线头；5—静触头；6—动触头；7—反力弹簧；8—壳体；

9—膜片；10—螺钉；11—护板。

4.动作原理

当风机起动后，各风道内产生的静压值为294（1±10％）Pa以上时，膜片9动作，带动动触头6克服反力弹簧7的作用，使常开触头闭合，接通相应的控制电路正常工作；当通风系统发生故障，风道内无风压或风压低于294Pa时，动触头在反力弹簧及膜片的作用下恢复到原位，常开触头打开，从而切断相应的控制电路。

5.特点

TJYSA型为正压型，装在SS4改型和SS8型机车的牵引风机和制动风机的风道中。

刀YS型为负压型，装在瑞型电力机车的硅机组风道中。

在使用及维护时应注意型号不要搞错。

6.参数

触头额定电压，…………………………………………………DC110V

触头额定电流……………………………………………………DC3A

触头数量·………………………………………………………1常开

风压整定值…………………………………………294（1±10％）Pa

质量…………………………………………………………0.75kg

二、风压继电器

（一）型号

TJY3-1．5／11型和TJY3A-4.5／11型风压继电器，其中：

T一铁路；J一继电器；Y—压力型；3（3A）一设计序号，1.5（4.5）一动作值（kPa／cm

），11一常开常闭联锁触头数。

（二）作用

TJY3-1．5／11型是作为电力机车电阻制动和空气制动间的安全联锁，在电阻制动时，空气制动不能太强，以免车轮被抱死。

TJY3A-4.5／11型是作为主断路器的欠气压保护，防止在低气压下分合主断路器。

图17—9TJY3型压力继电器结构简图

1—壳体；2—上盖；3—下盖；4—橡皮环；5—弹簧；6—弹簧；7—止销；8—调节螺母；9—行程开关；

10—支架组装；11—活塞；12—阀体；13—橡皮薄膜。

（三）组成

两种型号的继电器结构基本相同，主要由传动装置和联锁触头组成（当然亦可分为测量。

比较和执行三部分）。

TJY3型压力继电器结构如图17—9所示。

如图所示，空气传动装置由橡胶薄膜、活塞、反力弹簧、调节螺母及拉力弹簧等组成。

反力弹簧套装在铜质活塞上，其一端压装在基座止；另一端与调节螺母相接。

可旋转调节螺母来调整反力弹簧对活塞的作用力，从而达到对该继电器的整定值的调整。

当调节后，止档弹出，防止调节螺母的误动，影响整定值。

联锁触头采用LX19K行程开关。

TJY3A-4.5型的结构与TJY3-1.5型相似，只是行程开关换成微动开关，安装支架、反力弹簧和间体也略有不同。

（四）动作原理

当气压达到动作值时，空气压力大于反力弹簧的反力，推动橡胶薄膜及活塞上行，通过传动件使接点动作。

SSS型机车上：

一个TJY3-1.5／11型风压继电器，使电阻制动和空气制动间的安全联锁。

一个TJY3-4.5／11型风压继电器，作主断路器的欠气压保护。

另一个TJY3-4.5／11型风压继电器，用来检测机车蓄能制动器供风的停车制动风管的风压，当停车制动风管压力低于450kPa时，蓄能制动器会上闸抱轮，若司机不注意就会引起动轮迟缓。

它的作用是当停车制动风管风压低于450kPa时，继电器触头闭合，司机台上“停车制动”信号灯亮，提醒司机现在风管压力偏低应采取措施。

（五）主要技术参数

触头型式………………………………………………………桥式双断占

触头数量………………………………………………………1常开1常闹

触头额定电比…………………………………………………DCll0V

触头额定电流…………………………………………………5A

额定气压………………………………………………………900kPa

TJY3型

触头接通风压…………………………………………………150kPa

触头断开风压…………………………………………………90～nokPa

7JY3A型

触头接通风压…………………………………………………450～465kPa

触头断开风压…………………………………………………400～425kPa

三、油流继电器

（一）型号

TJV2型油流继电器。

T一铁路用；J一继电器；V一速度；2一序号。

此外还有LJ—38和YJ—100等型号，结构基本相同。

（二）作用

该型继电器用来监视主变压器油循环冷却系统的工作状况，当油流停止或不正常时，给司机发出警告信号。

（三）组成

如图17—10所示，由叶片、扭簧和接线柱组成。

图17—10TJV2型油流继电器

1—连管；2—外罩；3—叶片；4—扭簧；5—橡皮垫；6—底板；7—球轴承；8—转轴；

9、10—接线柱。

（四）动作原理

油流正常循环时，油流推动叶片克服扭簧的扭力而转动，使其常闻联锁触头（叶片和接线柱）断开，从而使司机台上油流信号不显示。

当油流停滞时，叶片在扭簧的作用下返回，其常闭联锁触头接通，司机台上油流信号显示，表示油流不正常。

该型油流继电器管体上标有油流方向箭头，分左、右两方向，不能装错。

近几年来，在电力机车上还采用了新型的电子继电器（晶体管保护装置），它具有功能好，体积小，动作灵敏，可靠等优点。

其组成亦可分为测量环节、比较环节和执行环节等3大部分。

通过触发器的翻转状态变化（晶体管的导通和截止）来完成控制电路的通和断，由于电路的通或断是靠晶体管的导通和截止来实现，无明显的开断点，所以也称无触点电器（实际上，为了扩大输出功率，有时

晶体管继电器的最终输出用的是小型中间继电器）。

一般电子继电器中还采用了大量的电阻、电容和二极管等，用来组成各功能电路。

小结

继电器在电力机车上应用的种类比较多，作用也很重要。

作为机车控制系统中不可缺少的元件。

继电器由于有其本身的特点而不用于接触器。

对继电器而言，要准确掌握基本参数中有关动作值、释放值、整定值及返回系数的定义。

电力机车上所用的继电器有电磁式和机械式两种，要求对各继电器的型号、作用、结构特点及整定值调整方法应重点掌握。

复习思考题

1、什么是有触点电器和无触点电器?

2、什么是继电特性?

3、继电器一般由哪几部分组成?

4、什么是动作值,返回值,返回系数?

5、如何调整电磁式继电器的动作值?

6、继电器与接触器相比有何特点?

7、非磁性垫片有何作用?

8、如何改变电磁继电器的延时大小?

9、如何改变电子时间继电器的延时大小?

10、机械式继电器的输入、输出都是电量吗?

11、如何调整机械式继电器的动作参数?